Diagramas de Fases

Algunos conceptos bsicosFaseUna regin homognea con propiedades y estructuras fsicas similaresEn principio, pueden ser aisladasPueden ser slidas, lquidas o gaseosasDiagrama de faseRepresentcin de fases presentes bajo un conjunto de condiciones (P, T, Composicinn etc.)

Conceptos...Transformacin de fasesCambio de una fase a otraE.g. L S, S S etc.Se produce por un cambio de energa negativa, va de un estado de alta a baja energa.Lmite de faseLmite entre fases en un diagrama de fases.

Un diagrama de fases simplesPunto triple(punto invariante)SlidoLquidoVaporPresinTemperaturaDiagrama de fasesSistema: H2O

Regla de las fases de GibbsP + F = C + 2P=nmero de fasesC=nmero de componentesF=nmero de grados de libertad (nmero de varibles independientes)Regla de las Fases modificadas (para sistemas incompresibles)P + F = C + 1Presin es una variable constanteF = C - P + 2F = C - P + 1

Aplicacin de la regla de las fasesEn el punto triple, P=3, C=1, F=0Es decir, es un punto invariante.En el lmite de fases, P=2, C=1, F=1En cada fase, P=1, C=1, F=2

Curvas de Solidificacin (enfriamiento) LSLSMetal puroAleacinTmLSL + SSolidificacincompletaComienzo de la solidificacinTLTS

Construccin de un diagrma de fases simpleRealizar un experimentoTomar 10 muestras de metal(Cu puro, Cu-10%Ni, Cu-20%Ni, Cu-30%Ni, Ni puro)Fundir cada muestra y dejarla solidificarRegistrar las curvas de enfriamientoAnotar las temperaturas a las cuales ocurren las transformaciones de fases

ResultadosLSLStTLL + STLTSSLL + STLTSCu puroCu-10%NiCu-20%NiLLSNi puroSTNiTCu

Diagrama de fase binarioxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxL+SLSComposicinTempTCuTNi1060708090304050200100CuNi%NiCuNi

Cambios microestructurales durante la solidificacinLSLSTtTmLSMetal puroS

Cambios microestructurales durante la solidificacin LSAleacinL + STLTSLSTt

LDiagrama de fases binariosL+SLSComposicinT1060708090304050200100AB%BLLST1T2T3T4CLC0CS

NotasEste es un diagrama de fases en el equilibrio (enfriamiento lento)El lmite de fases que separa el lquido L de la regin L+S se llama LIQUIDUSEl lmite de fases que separa el slido S de la regin L+S se llama SOLIDUSLa lnea horizontal (isoterma) dibujada a una temperatura especfica se llama (Cnoda) TIE LINELa cnoda conecta regiones de dos fasesLa composicin promedio de la aleacin es CO

La interseccin de la cnoda con la lnea lquidus entrega la composicin del lquido, CLLa interseccin de la cnoda con la lnea solidus entrega la composicin del slido, CSA travs de un simple balance de masa, CO = fS CS + fL CL fS + fL = 1 CO = fS CS + (1- fS) CLRegla de la palanca

Algunos clculosEn el diagrma a T3, CO= A-40%B, CS=A-90%B y CL=A-11%B

Por lo tanto, fS=29/79 o 37% y fL=50/79 o 63%Si tomanos una cantidad inicial de aleacin =100 g,Cantidad de slido=37 g (3.7 g de A y33.4 g de B) y la cantidad de lquido = 63 g (56.07 g de A y 6.93 g de B)

El Diagrama de Fases EutcticoTAB%BLa+Lb+La+bETECEabLiquidus SolidusSolvusLa + b (TE, CL=CE)

TABBLa+Lb+La+bETECEabA o B purosOtras aleaciones entre A y BCELSLa+bLa+bLLL+aLa+ba+b

TAB%BLa+Lb+La+bETECEabSolidificacin de una aleacin de composicin eutcticaLSa+ba+b

Microestructura eutcticaEstructura laminar

TAB%BLa+Lb+La+bTECEabLProeutectico aa+ba+b

LTAB%BLa+Lb+La+bTECEabLab partculas

El Diagrama de Fases EutcticoTAB%Bga+ gb+ ga+bETECEabga + b (TE, Cg=CE)

gTAB%Bga+ gb+ ga+bETECEabEnfriamiento de una aleacin de composicin eutcticaSa+ba+bg

gTAB%Bga+ gb+ ga+bETEabEnfriamiento de una aleacin de composicin hipoeutcticaSa+ba+bgg aa

El Diagrama de Fases PeritcticoTAB%BLa+ Lb+ La+bPTPCPaba + Lb (a TP)NM a y L reaccionarn solamente en la proporcin= NP:PMLLbb

TAB%BLa+ Lb+ La+bPTPCPaba + Lb ( a TP)NM a y L reaccionarn solamente en la proporcin= NP:PM102585NP:PM=1:260LLaLab

TAB%BLa+ Lb+ La+bPTPCPaba + Lb (a TP)NMLLaLbb